Was ist das allgemeine Tempolimit im Verhältnis? [Duplikat]

Angenommen, wir spielen ein Rennspiel. Ich streue ein bisschen Staub ins All, dann kommst du mit einiger Geschwindigkeit in deinem Raumschiff an mir vorbei$v$. Lass uns beginnen mit$v = c/2$, nur damit wir nicht strittig sind. Gerade als du vorbeigehst, feuere ich einen wirklich hellen Laserpuls in die Richtung, in die du gehst. Du rennst mit dem Laserlicht um die Wette. Der Staub bedeutet, dass Sie Reflexionen davon sehen, sodass Sie in Ihren Koordinaten messen können, wo Sie ihn vermuten.

Hier ist das grundlegende Problem: Ich (relativ zum Staub stationär) messe dieses Licht als sich mit Geschwindigkeit von mir wegbewegend$c$. Sie bewegen sich schnell relativ zu mir$v$, sehen Sie auch, wie es sich schnell von Ihnen entfernt$c$. Je besser Ihre Instrumente sind, desto besser werden Sie feststellen, dass sich das Licht schnell von Ihnen wegbewegt$c$.

Lassen Sie uns jetzt noch etwas beschleunigen. An diesem Punkt bin ich weit weg, also zählen Sie nicht darauf, dass ich Ihnen helfe: Stattdessen lassen Sie einen kleinen Marker im Raum fallen und beschleunigen dann, bis sich dieser Marker mit Geschwindigkeit rückwärts bewegt$c/2$relativ zu dir. Wie schnell bewegt sich der Laserpuls von Ihnen weg? Immer noch auf Hochtouren$c$. Sie setzen also einen weiteren Marker und beschleunigen auf Geschwindigkeit$c/2$relativ dazu. Dennoch bewegt sich das Licht mit hoher Geschwindigkeit von dir weg$c$.

Du kannst nicht gewinnen. Das sagt die vorliegende Theorie. Da ich immer die gleichen Ereignisse sehen werde wie du, werde ich niemals sehen, dass du diesem Lichtimpuls entkommst. Aus meiner Sicht wird Ihnen also nichts anderes als magische Teleportation möglich sein, um dem Lichtimpuls zu entkommen.

Nehmen wir an, Sie können die Geschwindigkeit messen, mit der ich mich von Ihnen wegbewege – oder vielleicht messen Sie einfach die Geschwindigkeit des Staubs. Es geht nicht auf Hochtouren$(-1/2)c$, dann mit Geschwindigkeit$(-1)c$, dann mit Geschwindigkeit$(-3/2)c$relativ zu Ihrem Raumschiff. So funktioniert die Geschwindigkeitsaddition in der Relativitätstheorie nicht. Vielmehr geht es mit Geschwindigkeiten$(-1/2)c,~(-4/5)c, (-13/14)c$. Der Staub bewegt sich auch nie schneller als das Licht.

Es wird Ihnen warm ums Herz sein zu wissen, dass es keine Paradoxien gibt. Wir können beweisen, dass die Mathematik zu 100 % konsistent ist.

Der Grund dafür, dass dies alles passiert, ist, dass, wenn Sie anfangen, sich relativ zu mir zu bewegen, wir uns über die Zeit, in der sich die „Gegenwart“ an weit entfernten Orten befindet, nicht einig sind. Diese Meinungsverschiedenheiten summieren sich ziemlich schnell, wenn Sie anfangen, einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, und wenn Sie sich ihr nähern, sehen wir beide, dass sich die Uhren des anderen langsam bewegen, und wir sehen beide, dass sich die Raumschiffe des anderen scheinbar langsam bewegen in Fahrtrichtung kürzer werden.

Dies gibt Ihnen auch die Antwort auf Ihren zweiten Absatz: Weil es keinen "absoluten Referenzrahmen" gibt, zu dem die Lichtgeschwindigkeit relativ ist (jeder sieht, wie sich Licht mit Geschwindigkeit bewegt$c$), nein, wir können unsere Bewegung nicht relativ zu diesem absoluten Bezugssystem bestimmen. (Aber wir wissen etwas Ähnliches: Wir waren in der Lage, unsere Bewegung relativ zum kosmischen Mikrowellenhintergrund zu bestimmen, was eigentlich ziemlich bedeutsam ist, wenn man darüber nachdenkt; es sagt im Grunde aus: „Wir wissen, wie wir uns relativ zu unserem bewegen lokaler Teil des Urknalls.")

Es ist relativ zu allen Trägheitsreferenzrahmen - in der speziellen Relativitätstheorie sind die Koordinaten eines Trägheitsrahmens durch die Lorentz-Transformation mit den Koordinaten eines anderen verknüpft , und diese Transformation hat die Eigenschaft, dass alles mit einer Koordinatengeschwindigkeit (Änderung der Koordinatenposition dividiert durch Änderung in Koordinatenzeit) von c in einem Trägheitsrahmen hat auch in allen anderen Trägheitsrahmen eine Geschwindigkeit von c (diese Tatsache kann etwas intuitiver in Bezug auf Zeitdilatation, Längenkontraktion und die Relativität der Gleichzeitigkeit verstanden werden, siehe meine Antwort hier ). Die Tatsache, dass es eine Obergrenze für die Geschwindigkeit gibt, impliziert also keine absolute Untergrenze – obwohl sich verschiedene Rahmen darauf einigen, welche Teilchen/Wellen eine Geschwindigkeit von c haben, ist dies nicht der Fallvereinbaren, welche Objekte eine Geschwindigkeit von 0 haben.

Der physikalische Grund für die Verwendung dieser Transformation ist, dass sie derjenige zu sein scheint, der sicherstellt, dass die grundlegenden Gesetze der Physik denselben Gleichungen gehorchen, unabhängig davon, in welcher Position und in welchen Zeitkoordinaten sie geschrieben sind - die Gesetze der Physik scheinen dies zu tun sei "Lorentz-invariant". Das bedeutet zum Beispiel, dass Sie sich in einem fensterlosen Labor weit entfernt von jeder Gravitationsquelle träge im Raum bewegen und alle Ihre Messungen auf Dinge innerhalb des Labors beschränkt sind, wobei Positionen und Zeiten mithilfe des Trägheitsrahmens definiert sind, in dem sich das Labor befindet Ruhe , dann sind die Ergebnisse eines bestimmten Experiments unabhängig von der Geschwindigkeit des Labors relativ zu einer bestimmten Wahl des Trägheitsrahmens gleich.

Kurze Antwort: Das gleiche Licht bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit ( c ) relativ zu jedem Beobachter. Es gibt kein Gitter.

Dies ist kontraintuitiv: Wenn Sie in einem Bus stehen, der mit 30 Meilen pro Stunde fährt, und mit 3 Meilen pro Stunde auf den Fahrer zulaufen, gehen Sie mit 30 + 3 = 33 Meilen pro Stunde relativ zur Straße. Aber das funktioniert nicht für Licht: Wenn der Bus mit c /2 fährt und Sie eine Taschenlampe auf den Fahrer richten, bewegt sich das emittierte Licht bei c relativ zum Bus und dasselbe Licht bewegt sich auch bei c relativ zur Straße.

Es gibt keine "richtige" Geschwindigkeit. Alle Geschwindigkeiten sind relativ zum Beobachter, aber das bedeutet nicht, dass Sie etwas schneller als Licht bewegen sehen können, selbst wenn Sie sich mit 0,6 c (60 % der Lichtgeschwindigkeit) in eine Richtung bewegen und jemand anderes sich mit 0,6 c in die andere Richtung bewegt . Auch wenn die typische Logik vorschreiben würde, dass Sie sich bei 1,2 ° C (20% schneller als die Lichtgeschwindigkeit) bewegen sehen, ist dies nicht der Fall, Sie werden sich aufgrund von Einsteins Relativitätsgesetzen tatsächlich bei 0,882 ° C bewegen. Die Gleichung dahinter lautet:

$$u'=(u-v)/(1+uvc^2)$$ Aus diesem Grund ist die Lichtgeschwindigkeit zu nichts relativ. Egal mit welcher Geschwindigkeit Sie sich bewegen, Sie werden immer Licht sehen, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Damit sind im Grunde alle Bezugspunkte gleichermaßen als „stationär“ zu bezeichnende Perspektiven gültig.